[发明专利]一种舰载机拦阻着舰过程的刚柔耦合动力学建模仿真方法

说明书

本发明公开了一种舰载机拦阻着舰过程的刚柔耦合动力学建模仿真方法，通过对舰载机、前起落架、主起落架、拦阻钩、甲板、拦阻装置的建模进行分析，基于刚柔耦合动力学理论，构建完整拦阻着舰过程有限元模型，然后对有限元模型进行校验与修正，完成飞机拦阻着陆动力学仿真的构建过程。该模型的计算仿真过程更接近真实着舰状态，可以保证舰载机着舰过程起落架、拦阻钩索等关键部件结构动响应计算的准确性，同时具备一定的高效性，该模型可为甲板运动、舰尾流、钩索动态啮合、起落架缓冲特性、拦阻装置性能和飞行控制要素的计算提供接口，为解决起落架/拦阻钩等关键机构总体布局、参数定义、钩索动态参数匹配及确定理想着舰点等难题提供解决方案。

技术领域

本发明涉及航空工程技术领域，尤其涉及一种舰载机拦阻着舰过程的刚柔耦合动力学建模仿真方法。

背景技术

舰载机是以航母甲板作为起降平台的一类飞机，是航母战斗编队实战中强有力的作战力量。飞机着陆拦阻过程载荷大、时间短，受航母运动、气流扰动等因素影响，存在复杂的动力学耦合问题。拦阻着舰过程是飞机回收安全的关键技术之一，为保障舰载机的着舰安全，需要建立准确可靠的拦阻过程分析模型。

目前，在建立舰载机拦阻着舰过程有限元模型时，往往对建模对象采用刚体假设，同时对于如起落架、拦阻钩这类关键部件的仿真模拟精度也不够理想。因此采用更为准确的建模仿真方法可以实现更接近真实着舰状态的过程仿真，将对舰载机着陆动响应的深入研究、解决起落架/拦阻钩等关键机构总体布局、结构与材料使用及钩索动态参数匹配等方面具有重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种舰载机拦阻着舰过程的刚柔耦合动力学建模仿真方法，用以使仿真过程更接近真实着舰过程，保证舰载机着舰过程起落架、拦阻钩索等关键部件结构动响应计算的准确性，进行舰载机不同着陆姿态的拦阻着舰仿真分析，为解决起落架/拦阻钩等关键机构总体布局、结构与材料使用、钩索动态参数匹配和确定理想着舰点等问题提供依据。

本发明提供的一种舰载机拦阻着舰过程的刚柔耦合动力学建模仿真方法，包括如下步骤：

S1：基于轮胎的胎面、胎侧、补强帘布层、胎体帘布层、轮辋、钢丝圈和气囊的材料属性，以及仿真得到的轮胎压缩量-垂向载荷的无量纲化曲线与实际轮胎落震试验得到的轮胎压缩量-垂向载荷曲线，对轮胎的刚度进行标定；对前起落架进行建模与仿真落震试验，将前起落架的仿真落震试验与实际前起落架落震试验进行对比，校核两个试验的前起落架缓冲支柱位移行程曲线和两个试验的下沉距离-载荷曲线，确定前起落架的缓冲特性参数，得到前起落架的有限元模型；

S2：利用步骤S1的方法对主起落架进行建模与校核，得到主起落架的有限元模型；

S3：根据拦阻钩的结构，建立拦阻钩的体单元模型，根据拦阻钩缓冲装置的参数，定义拦阻钩缓冲装置的阻尼特性，得到拦阻钩的有限元模型；

S4：建立舰载机的有限元模型，包括机翼模型和机身模型，将节点气动载荷加载至机翼模型的相应节点上，实现升力仿真；

S5：建立甲板上拦阻索、甲板下拦阻索、滑轮、滑轮缓冲装置、主吸能装置、尾端缓冲装置、动-定滑轮组以及甲板上拦阻索与甲板下拦阻索的接触类型、滑轮与甲板下拦阻索的接触类型、滑轮与滑轮缓冲装置的接触类型、动-定滑轮组与主吸能装置的接触类型、尾端缓冲装置与甲板下拦阻索的接触类型，得到拦阻装置的有限元模型；通过离散的梁单元建立具有弹性的钢索模型，在所述钢索模型中不考虑梁单元的扭转特性；通过包围梁单元的壳单元模拟钢索外形，用于拦阻钩挂索判定；通过壳单元模拟所述滑轮缓冲装置、所述主吸能装置和所述尾端缓冲装置的外形，通过对bar单元设置弹性力、阻尼力、弹性力系数和阻尼力系数来模拟所述滑轮缓冲装置、所述主吸能装置和所述尾端缓冲装置的力学性能；将拦阻装置实测的滑轮转速与上述有限元模型仿真得到的滑轮转速对比，将拦阻试验得到的拦阻力-时间曲线与上述有限元模型仿真得到的拦阻力-时间曲线对比，验证拦阻装置的有限元模型的正确性；